Geant4

Visualisierung einer Simulation. Rot stellt den Detektor dar und die grünen Linien Gamma-Strahlung.

Geant4 (Geometry and Tracking) ist eine Plattform für die Simulation des Durchtritts von Partikeln durch Materie unter Benutzung von Monte-Carlo-Methoden. Sie ist der modernste Teil der Toolkit-Serie, die am CERN entwickelt wird und benutzt zum ersten Mal Objektorientierte Programmierung (in C++). Die Anwendungsgebiete sind Hochenergiephysik und Experimente zu nuklearen Reaktionen, medizinische Physik, Beschleunigerphysik und Astrophysik. Die Software wird von mehreren Forschungsprojekten weltweit genutzt.

Die Geant4-Software und ihr Quelltext waren immer frei erhältlich, aber bis zur Version 8.1 (30. Juni 2006) gab es keine spezifische Lizenz zur Benutzung. Mittlerweile wird Geant4 unter den Bedingungen der Geant4 Software License verbreitet.^[1]

Funktionen

Geant4 besitzt Möglichkeiten zur Bearbeitung von Geometrien, Tracking, Antworten von Detektoren, Run Management, Visualisierung und Benutzerschnittstelle. Bei vielen physikalischen Simulationen kann damit weniger Zeit mit Details auf niedrigem Level verbracht werden und die Forscher können sich auf die wichtigeren Aspekte der Simulation konzentrieren.

• Geometrie stellt den Aufbau des Experiments und seiner Bestandteile (wie Detektoren, Absorber usw.) dar und berechnet, wie sich das Layout auf den Teilchenweg auswirken wird.
• Tracking ist die Simulation des Weges eines Partikels durch Materie. Dies beinhaltet die Berechnung von möglichen Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie und Zerfallsprozesse.
• Antworten von Detektoren („detector response“) versucht Detektoren in das Experiment einzubauen und deren Antworten zu errechnen.
• Run Management beschäftigt sich mit den Details einzelner Abläufe („runs“) und Veränderungen der Konfiguration.
• Die Benutzerschnittstelle, meist eine Bash-ähnliche Kommandozeile, erlaubt die interaktive Bedienung einer Geant4-basierten Anwendung.
• Geant4 stellt eine Zahl von Optionen zur Visualisierung. Diese beinhalten die Ausgabe von Bildschirmdarstellungen mittels OpenGL oder Raytracing und die Ausgabe von Dateien im VRML- oder HepRep-Format.

Einige Experimente aus der Hochenergiephysik, die Geant4 benutzen

• BaBar und GLAST am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)
• ATLAS und Compact Muon Solenoid (CMS) am Large Hadron Collider (LHC), CERN
• Borexino am Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)
• MINOS am Fermilab
• EXO
• das PANDA-Experiment an der GSI (in Planung)
• der International Linear Collider (in Planung)
• das Belle-II-Experiment am KEK in Tsukuba

Weitere Anwendungen

Aufgrund seiner universellen Struktur eignet sich Geant4 auch gut für andere Anwendungsbereiche:

• Anwendungen in der Raumfahrt, bei denen Geant4 benutzt wird, um Interaktionen der kosmischen Strahlung mit Raumschiffen zu erforschen;
• Medizinische Anwendungen, in denen Wirkungen der Radioaktivität auf menschliche Körper untersucht wird (z. B. zur Tumorbekämpfung)

Siehe auch

• CLHEP, FreeHEP und ROOT, Software-Bibliotheken zur Hochenergiephysik
• PYTHIA: Programm zur Simulation von Teilchenkollisionen.

Weblinks

• Offizielle Webseite am CERN
• GEANT4 Space Users page der ESA
• Das Fortran-basierte Vorgängerprojekt GEANT3

Einzelnachweise